潜油离心泵流场的数值分析

潜油离心泵是多级节段式离心泵，其每级由叶轮和导轮组成，广泛应用于油井采油。由于其需求的特殊性，给离心泵的设计带来一定难度。近年来，随着计算流体力学(CFD)的发展，从研究离心泵流体流动机理出发，数值仿真研究离心泵内部流动，使用数值仿真结果来指导泵的设计已经成为可能。本文应用商业CFD软件FLUENT研究潜油离心泵的内部流动，主要作了以下几方面工作： 综述了计算流体力学的概念、研究内容、发展趋势以及介绍各通用CFD软件，分析了计算流体力学即通用CFD软件在离心泵或叶轮机械中的应用情况，指出CFD方法在离心泵设计中的优势。 详细介绍了本文研究相关的雷诺时均方程、标准k-ε模型、SIMPLE计算方法、非结构网格技术和边界条件，以及所用到的几何三维建模方法。 应用GAMBIT软件对扭曲叶片和圆柱形叶片两种不同叶片形状的潜油离心泵进行几何建模并生成网格，应用FLUENT软件分别计算了三种不同工况条件下扭曲叶片和圆柱形叶片叶轮、导轮内部三维紊流流动，得到大量的三维紊流场的分析结果，包括静压分布图、总压分布图、速度矢量分布图等。 数值仿真结果捕捉到了离心泵内部许多重要的流动现象，发现了涡流、尾流、冲角偏离等不良流动现象。对计算所得的泵水力特性曲线与试验水力特性曲线作了比较，发现二者的吻合性良好，从而验证了计算结果的正确性。两种叶片泵在设计工况都有着良好的流动性能，在非设计工况出现了不良流动现象，影响了泵的效率。计算结果还显示：叶轮有着良好的水力性能，特别是扭曲叶片叶轮，即使在非设计工况都没有出现严重的不良流动现象，而导轮的水力性能是不完善的，效率较低。 通过对叶轮和导轮流场的数值仿真研究，可以分析出流体在离心泵内的流速和压力分布，揭示离心泵内部流动特征，对探讨影响离心泵效率的原因，以及为改进离心泵的叶型设计，提高离心泵的效率，扩大其运行工况范围，提供了重要的理论依据。